Производство серной кислоты контактным способом
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
Вµ температур (от -40тАж-20 до 260-336,5С) находится в жидком состоянии.
Серная кислота может существовать как самостоятельное химическое соединение H2SO4, а также в виде соединений с водой H2SO42H2O, H2SO4H2O, H2SO44H2O и с триоксидом серы H2SO4SO3 , H2SO42SO3.
В технике серной кислотой называют и безводную H2SO4 и ее водные растворы (по сути дела, это смесь H2O, H2SO4 и соединений H2SO4nH2O), и растворы триоксида серы в безводной H2SO4 - олеум (смесь H2SO4 и соединений H2SO4nSO3).
Безводная серная кислота - тяжелая маслянистая бесцветная жидкость, смешивающаяся с водой и триоксидом серы в любом соотношении. Физические свойства серной кислоты, такие, как плотность, температура кристаллизации, температура кипения, зависят от ее состава.
Безводная 100%-ная серная кислота имеет сравнительно высокую температуру кристаллизации 10,7C. Чтобы уменьшить возможность замерзания товарного продукта при перевозке и хранении, концентрацию технической серной кислоты выбирают такой, чтобы она имела достаточно низкую температуру кристаллизации. Промышленность выпускает три вида товарной серной кислоты (башенная кислота, контактная кислота и олеум).
Области применения серной кислоты чрезвычайно обширны (рис.1).
Рис.1. Применение серной кислоты.
1.2 ИСПОЛЬЗУЕМОЕ СЫРЬЕ И ЕГО КЛАССИФИКАЦИЯ
Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серосодержащие соединения, из которых может быть получена сера или непосредственно оксид серы (IV).
Природные залежи самородной серы невелики. Чаще всего сера находится в природе в форме сульфидов металлов и сульфатов металлов, а также входит в состав нефти, каменного угля, природного и попутного газов. Значительные количества серы содержатся в виде оксида серы в топочных газах и газах цветной металлургии и в виде сероводорода, выделяющегося при очистке горючих газов.
Таким образом, сырьевые источники производства серной кислоты достаточно многообразны, хотя до сих пор в качестве сырья используют преимущественно элементарную серу и железный колчедан. Ограниченное использование таких видов сырья, как топочные газы тепловых электростанций и газы медеплавильного производства, объясняется низкой концентрацией в них оксида серы (IV).
Для получения серной кислоты используют серу или содержащие серу соединения, из которых может быть получен сернистый ангидрид.
Один из распространенных видов сырья для получения серной кислоты - пирит, или серный колчедан FeS2. Встречается соединение серы с двумя металлами, например с медью и железом (халькопирит). Сера есть в угле, нефти, горючих и топочных газах.
Много серы в виде сернистого ангидрида имеется в составе отходящих газов металлургических печей. Сера содержится и в сероводороде, получающемся при коксовании угля или содержащемся в генераторном газе, газах нефтепереработки, попутных нефтяных газах и природном газе. Иногда для производства серной кислоты используют отходы некоторых производств, применяющих серную кислоту. Это кислые гудроны, травильные растворы, фосфогипс и др.
А. Рядовой серный колчедан
В большинстве стран основным сырьем для производства серной кислоты до сих пор служит пирит.
В химически чистом пирите, FeS2, как это легко выiитать из формулы, содержит 53,46% серы и 46,54% железа. В природном колчедане содержится серы - 25-52%, а железа - 35-44%. Основные примеси колчедана следующие: сернистые соединения меди, цинка, свинца, мышьяка, никеля, кобальта, селена, теллура, углекислые и сернокислые соли кальция, магния и др.; тальк, кварц и часто в незначительных количествах золото и серебро. Мышьяк присутствует, главным образом, в виде FeAsS (мышьяковый колчедан), медь в виде FeCuS (медный колчедан), Cu2S (медный блеск) и CuS (коввелин).
Серный колчедан FeS2, существует в двух кристаллических модификациях:
1)пирит - кристаллизуется в правильные системы, имеет желтоватый и зеленовато-серый цвет;
2)марказит - встречается гораздо реже, чем пирит.
Существуют следующие сорта колчедана: рядовой, флотационный и пиритный концентрат. Рядовой колчедан - добывают в рудниках в виде кусков размером 50-400 мм. Флотационный колчедан - получается как отход при флотационном обогащении руд, содержащихся в качестве примесей к рядовому колчедану. Пиритный концентрат получают при вторичной флотации колчедана с отделением пустой породы.
Флотационный метод обогащения основан на различной смачиваемости зерен отдельных минералов водой. Частицы несмачиваемого (гидрофобного) минерала, не преодолевая сил поверхностного натяжения воды, остаются на поверхности. Частицы смачиваемого (гидрофильного) материала обволакиваются пленкой жидкости и увлекаются на дно аппарата. Минерал, плавающий на поверхности, снимают, отделяя от руды.
Флотацию проводят во флотационных машинах различного типа. Процесс флотации заключается в смешивании раздробленного колчедана с водой и флотореагентами - пенообразующими веществами (деготь, хвойные масла и др.), и продувании воздуха. Гидрофобные частицы отделяемой примеси колчедана (например, медь) прилипают к воздушным пузырькам и всплывают с ними (это концентрат), а колчедан осаждается на дно (флотационный колчедан, или флотохвосты). Вторичная флотация флотохвостов с применением другого флотореагента дает пиритный концентрат. Пиритный концентрат часто называют также флотационным колчеданом.
Перед отправкой потребителю флотационный колчедан высушивают до содержания в нем влаги 3,8%.
Флотационный ко